Giải pháp nào giúp giảm thiểu hiện tượng phân mảnh ngoại cho bộ nhớ?

Khi hệ điều hành dùng kỹ thuật phân trang bộ nhớ, không gian địa chỉ vật lý của một tiến trình thường có dạng nào?

Lời giải:

Đáp án đúng: B

Khi hệ điều hành sử dụng kỹ thuật phân trang bộ nhớ, không gian địa chỉ vật lý của một tiến trình không cần phải liên tục. Mỗi tiến trình được chia thành các trang (page) có kích thước cố định, và các trang này có thể được lưu trữ ở bất kỳ vị trí nào trong bộ nhớ vật lý (RAM). Do đó, các trang của một tiến trình có thể nằm rải rác ở các vị trí khác nhau trong bộ nhớ vật lý, làm cho không gian địa chỉ vật lý của tiến trình trở nên không liên tục. Điều này cho phép hệ điều hành sử dụng bộ nhớ hiệu quả hơn, tránh phân mảnh bộ nhớ ngoài và cho phép các tiến trình lớn hơn được thực thi ngay cả khi không có đủ không gian bộ nhớ liên tục.

Câu 27:

Hệ điều hành dùng kỹ thuật phân trang bộ nhớ sẽ giải quyết được vấn đề nào?

Lời giải:

Đáp án đúng: A

Kỹ thuật phân trang (paging) là một phương pháp quản lý bộ nhớ trong hệ điều hành, trong đó không gian địa chỉ logic của một tiến trình được chia thành các khối có kích thước bằng nhau gọi là trang (page), và bộ nhớ vật lý được chia thành các khối có kích thước bằng nhau gọi là khung trang (frame).

* Phân mảnh ngoại (External Fragmentation): Xảy ra khi có đủ không gian bộ nhớ trống để đáp ứng yêu cầu của một tiến trình, nhưng không gian này không liên tục. Phân trang giúp giảm thiểu phân mảnh ngoại vì các trang có thể được lưu trữ không liên tục trong bộ nhớ vật lý.
* Phân mảnh nội (Internal Fragmentation): Xảy ra khi một tiến trình được cấp phát một lượng bộ nhớ lớn hơn mức nó thực sự cần. Phân trang có thể gây ra phân mảnh nội vì một tiến trình có thể không sử dụng hết trang cuối cùng mà nó được cấp phát.
* Kích thước bộ nhớ ảo: Phân trang là một phần quan trọng của việc triển khai bộ nhớ ảo. Nó cho phép các tiến trình có không gian địa chỉ lớn hơn bộ nhớ vật lý thực tế.
* Giảm kích thước bộ nhớ cho tiến trình: Phân trang không làm giảm kích thước bộ nhớ mà một tiến trình có thể sử dụng. Nó chỉ quản lý cách bộ nhớ đó được cấp phát và sử dụng.

Như vậy, đáp án đúng là A. Tránh được phân mảnh ngoại.

Câu 28:

Một hệ thống sử dụng kỹ thuật phân trang, với Page table được lưu trữ trong bộ nhớ chính. Thời gian cho một lần truy xuất bộ nhớ chính là 200 nanoseconds. Hỏi mất bao nhiêu thời gian cho một thao tác truy xuất bộ nhớ trong hệ thống này, nếu xảy ra lỗi trang (page fault)?

Lời giải:

Đáp án đúng: C

Trong hệ thống phân trang, khi xảy ra lỗi trang (page fault), hệ điều hành cần thực hiện các bước sau:

Tìm trang trên đĩa cứng.

Đọc trang từ đĩa vào bộ nhớ chính.

Cập nhật bảng trang (page table).

Tiếp tục thực hiện lệnh bị ngắt trước đó.

Tuy nhiên, câu hỏi chỉ tập trung vào thời gian truy xuất bộ nhớ khi page table được lưu trữ trong bộ nhớ chính và xảy ra lỗi trang. Do đó, ta cần xét đến các thao tác truy xuất bộ nhớ chính sau:

Truy xuất Page table để biết trang không hợp lệ (lỗi trang).

Sau khi trang được đưa vào bộ nhớ chính, cần truy xuất Page table để cập nhật thông tin.

Như vậy, có ít nhất hai lần truy xuất bộ nhớ chính (để đọc page table và sau đó cập nhật page table). Mỗi lần truy xuất mất 200ns, vậy tổng thời gian tối thiểu là 2 * 200ns = 400ns. Tuy nhiên, quá trình xử lý lỗi trang còn bao gồm việc đọc dữ liệu từ ổ cứng (thường rất chậm so với RAM) và các thao tác khác của hệ điều hành. Các thao tác này tốn rất nhiều thời gian, lớn hơn rất nhiều so với 400ns. Đề bài hỏi thời gian truy xuất bộ nhớ *trong hệ thống*, do đó ta cần tính đến thời gian đọc trang từ đĩa vào. Vì thời gian này không được đề cập cụ thể, ta chỉ có thể ước lượng thời gian tối thiểu dựa trên các truy xuất bộ nhớ chính.

Các đáp án khác (200ns, 600ns, 800ns) không phù hợp vì không phản ánh đúng số lần truy xuất bộ nhớ tối thiểu cần thiết khi có lỗi trang.

Câu 20:

Phương pháp giải quyết Deadlock nào mà Hệ điều hành sử dụng giải thuật “Đồ thị chờ” (Wait for Graph)?

Lời giải:

Đáp án đúng: C

Phương pháp "Phát hiện và Khôi phục" (Detection and Recovery) là phương pháp mà hệ điều hành sử dụng các thuật toán để phát hiện deadlock (ví dụ: sử dụng đồ thị chờ - Wait-for graph) và sau đó thực hiện các biện pháp để khôi phục hệ thống về trạng thái hoạt động bình thường. Các phương pháp khôi phục có thể bao gồm việc chấm dứt một hoặc nhiều tiến trình, hoặc thu hồi tài nguyên từ một tiến trình và cấp phát cho tiến trình khác để phá vỡ chu trình deadlock.

Các lựa chọn khác không phù hợp vì:
- Phương pháp Ngăn chặn (Preventing) tìm cách ngăn chặn các điều kiện cần thiết cho deadlock xảy ra ngay từ đầu.
- Phương pháp Phòng tránh (Avoiding) sử dụng các thuật toán như thuật toán của Banker để đảm bảo rằng hệ thống luôn ở trạng thái an toàn.
- Phương pháp Bỏ qua Deadlock (Ignoring) đơn giản là bỏ qua vấn đề và hy vọng rằng deadlock sẽ không xảy ra hoặc sẽ tự giải quyết (thường không phải là một giải pháp tốt).

Câu 21:

Tại thời điểm thực thi, việc ánh xạ địa chỉ để di chuyển tiến trình giữa không gian bộ nhớ vật lý (Physical Memory) và không gian bộ nhớ ảo (Virtual Memory) được thực hiện bởi:

Lời giải:

Đáp án đúng: C

Câu hỏi này kiểm tra kiến thức về cách hệ điều hành quản lý bộ nhớ ảo và bộ nhớ vật lý. Việc ánh xạ địa chỉ giữa bộ nhớ ảo và bộ nhớ vật lý trong quá trình thực thi chương trình là một chức năng quan trọng của bộ quản lý bộ nhớ (Memory Management Unit - MMU).

A. Trình biên dịch: Trình biên dịch dịch mã nguồn thành mã máy, nhưng không tham gia vào việc ánh xạ địa chỉ trong thời gian chạy.

B. Bộ nạp (Loader): Bộ nạp chịu trách nhiệm tải chương trình vào bộ nhớ khi chương trình bắt đầu thực thi, nhưng không thực hiện việc ánh xạ địa chỉ liên tục trong quá trình chạy.

C. Bộ quản lý bộ nhớ MMU: MMU là phần cứng chuyên dụng thực hiện việc ánh xạ địa chỉ ảo sang địa chỉ vật lý. Nó sử dụng các bảng trang (page tables) để theo dõi sự ánh xạ này và đảm bảo rằng các tiến trình có thể truy cập bộ nhớ một cách an toàn và hiệu quả.

D. Trình soạn thảo liên kết: Trình soạn thảo liên kết kết hợp các module đối tượng (object modules) thành một chương trình thực thi, nhưng không liên quan đến việc ánh xạ địa chỉ trong thời gian chạy.

Do đó, đáp án đúng là C. Bộ quản lý bộ nhớ MMU.

Câu 22:

Nhằm tối ưu sử dụng bộ nhớ, Hệ điều hành đưa một phần tiến trình ra khỏi bộ nhớ chính, lưu tạm trên ổ cứng. Khi tiến trình cần thì nạp vào. Tên gọi của kỹ thuật này là gì?

Lời giải: